Pluto gehört zu den fernsten Außenposten unseres Sonnensystems. Lange galt der Zwergplanet daher als kalte, tote Welt. Doch der Vorbeiflug der NASA-Raumsonde New Horizons im Juli 2015 enthüllte: Pluto hat einige überraschend erdähnliche Merkmale, darunter fließende Gletscher, hohe Gebirge, Dünen und eine Atmosphäre mit Winden. Vielleicht gibt es auf Pluto sogar Eisvulkane und einen subglazialen Ozean. Ebenfalls außergewöhnlich sind riesige, eckige Schollen aus Stickstoffeis, die die helle, herzförmige Ebene Sputnik Planitia in ihrem Nordteil bedecken.
Rätsel um dunkle Ränder der Eispolygone
In der herzförmigen Eisebene des Pluto haben Forschende um Alan Stern vom Southwest Research Institute nun etwas Neues entdeckt. Für ihre Studie hatten sie den Nordteil von Sputnik Planitia näher untersucht – die Region, in der die großen Eispolygone auf eine langsame Konvektionsströmung des Stickstoffeises hindeuten. „In den Aufnahmen von New Horizons zeigen diese Konvektionszellen auch scharf abgegrenzte dunkle Ränder, die von diffuseren, weniger dunklen Zonen umgeben sind“, berichtet das Team.
Nahaufnahme der dunklen Strukturen am Nordrand von Sputnik Planitia. — © NASA/ Johns Hopkins APL/ Southwest Research Institute
Doch was verursacht diese dunklen Zonen? Klar war bereits: Die Strukturen müssen noch relativ jung sein. „Die Oberfläche von Sputnik Planitia ist wahrscheinlich weniger als eine Million Jahre alt“, erklärt Seniorautorin Kelsi Singer vom Southwest Research Institute. Denn die allmähliche Umwälzung des Stickstoffeises erneuert die Oberfläche und erklärt auch, warum es dort keine Krater gibt.
Stern und sein Team nutzten physikalische Modelle, um die Bedingungen auf dem Pluto und unter dem Eis von Sputnik Planitia nachzubilden. Sie analysierten dabei, unter welchen Umständen Stickstoff dort schmilzt und aufsteigen könnte. Weitere Hinweise lieferten Aufnahmen von grönländischen Gletschern, denn dort bilden Schmelzwasserkanäle und -tümpel ähnlich dunkle Strukturen wie auf dem Pluto.
Geschmolzenes Stickstoffeis als Urheber
Die Analysen ergaben: Die wahrscheinlichste Ursache für die dunklen Ränder an Plutos Eisschollen wäre flüssiger Stickstoff. „Eine Flüssigkeit, die in die Grenzzonen der konvektiven Eisschollen einströmt und dann wieder gefriert, könnte die relativ scharf abgegrenzten Albedomuster erklären“, berichten Stern und seine Kollegen. Denn flüssiger Stickstoff reflektiert weniger Licht als Stickstoffeis und verklumpt die Eiskristalle, die dadurch ebenfalls dunkler erscheinen.
Aber kann es auf dem Pluto überhaupt flüssigen Stickstoff geben? Bei normalem Druck schmilzt Stickstoffeis bei minus 210 Grad Celsius, an der Plutooberfläche herrschen jedoch Temperaturen von weniger als 215 Grad – es wäre also zu kalt. Aber wie Stern und sein Team ermittelten, ist es unter den Eisschollen von Sputnik Planitia wärmer: „Durch geothermale Wärmeströme könnte der Eisschild in Tiefen von 300 bis 1400 Metern die Schmelztemperatur von Stickstoffeis erreichen“, berichten sie. Wenn obere Eisschicht porös ist, gilt dies sogar in noch geringerer Tiefe.
Über schlotähnliche Kanäle an die Oberfläche
An die Oberfläche des Pluto gelangt dieser flüssige Stickstoffschmelze dann durch eine Kombination von Auftrieb – die Dichte von Flüssigstickstoff ist geringer als die von Stickstoffeis – und abrupten Ausbrüchen. Über Risse im Eis oder schlotähnliche Kanäle steigt der flüssige Stickstoff dann auf und tritt an den Eisschollengrenzen aus. „Dies ist ähnlich wie beim irdischen Vulkanismus, bei dem die weniger dichte basaltische Schmelze durch die kalte Kontinentkruste aufsteigt“, erklären die Forschenden.
Der flüssige Stickstoff könnte unter den eckigen Eisschollen schmelzen, aufsteigen und dann an ihrem Außenrand an die Oberfläche austreten. — © Stern et al. / The Planetary Science Journal, CC-by 4.0
Sollten Stern und seine Kollegen mit diesem Szenario Recht haben, dann wäre der ferne Zwergplanet geologisch noch aktiver als bislang angenommen. Denn dann könnten noch heute Flüssigkeiten auf der Plutooberfläche fließen – wenn auch wahrscheinlich nur sporadisch. „Pluto hat viele einzigartige Landschaftsformen, die es nirgendwo sonst im Sonnensystem gibt und dieser Teil von Sputnik Planitia ist eine davon“, sagt Singer. „Seine Oberfläche hilft uns besser zu verstehen, wie sich Materialien unter Bedingungen verhalten, die ganz anders sind als bei uns auf der Erde.“
„Pluto hört nie auf, uns zu überraschen“
Die Ergebnisse enthüllen - wieder einmal – eine neue Facette des fernen, eisigen Zwergplaneten. „Pluto hört nie auf, uns zu überraschen – und unser Ergebnis ist eine solche Überraschung“, sagt Stern. Noch ist ungeklärt, ob auch anderswo auf Pluto flüssiger Stickstoff austreten könnte, denn New Horizons hat nur rund die Hälfte seiner Oberfläche hochauflösend kartiert. „Für eine genauere Einschätzung müssen wir daher abwarten, bis auch die beim Vorbeiflug der Sonde nicht erfasste Hemisphäre in ausreichend hoher Auflösung kartiert wird“, schreiben die Forschenden.
Relevant sind die von ihnen untersuchten Prozesse aber auch für andere Himmelskörper im Sonnensystem. Denn ähnliche Austritte von flüssigem Stickstoff könnten einige der Geysire des Neptunmonds Triton speisen oder die Oberflächen von weiteren transneptunischen Zwergplaneten wie Eris prägen.
Quelle: Alan Stern (Southwest Research Institute, Boulder) et al., The Planetary Science Journal, 2026; doi: 10.3847/PSJ/ae7e85
